合成樹脂は、天然樹脂の本来の特性を持つか、それを超える、人工的に合成された高分子化合物の一種です。ASTM D883-65T では、合成樹脂を、分子量に制限はないが、多くの場合は高分子の固体、半固体、または擬似固体であり、応力を受けると流動する傾向があり、軟化または融解範囲を持つことが多く、破損すると殻状になる有機物質と定義しています。

実際の用途では、ポリマーやプラスチックと同義語として使用されることが多く、特に添加剤なしまたはごく少量の添加剤のみを含むモノマーの重合反応によって生成される基本材料を指します。また、硬化していない流動性のある熱硬化性ポリマー材料を表すために使用されることもあります。

世界の三大合成素材には、合成樹脂、合成ゴム、合成繊維があります。合成樹脂は、生産量と消費量が最も多い合成素材です。

アプリケーション分野

合成樹脂の最も重要な用途はプラスチックの製造です。加工を容易にし、性能を向上させるために添加剤が加えられることが多く、加工や成形に直接使用されることもあるため、プラスチックと同義語になることが多いです。プラスチック中の合成樹脂の含有量は通常40〜100％です。含有量が多く、樹脂の特性がプラスチックの特性を決定することが多いため、樹脂はプラスチックの同義語と見なされることがよくあります。たとえば、 ポリ塩化ビニル 樹脂はポリ塩化ビニルプラスチックと混同され、フェノール樹脂は フェノール樹脂実は、樹脂とプラスチックは100つの異なる概念です。樹脂は未加工の生のポリマーであり、プラスチックの製造に使用されるだけでなく、コーティング、接着剤、合成繊維の原料としても使用されます。XNUMX％樹脂を含むプラスチックのごく一部を除いて、ほとんどのプラスチックは、主成分の樹脂に加えて、他の物質を追加する必要があります。

合成樹脂は、合成繊維、コーティング、接着剤、絶縁材などの製造の基本原料でもあります。広く使用されている樹脂コンクリートも、セメント材料として合成樹脂を使用しています。合成樹脂は他の競合材料に比べて性能とコストの面で明らかな利点があるため、その用途は国民経済のあらゆる側面に浸透しています。包装は合成樹脂の最大の市場であり、次に建築製品が続きます。電子機器、電気機器、自動車も合成樹脂の重要な用途分野です。その他の市場には、家具、おもちゃ、娯楽製品、家庭用電化製品、医療用品などがあります。

基本タイプ

合成樹脂には多くの種類があります。

合成樹脂産業の製品は、汎用樹脂と特殊用途樹脂に分けられます。汎用樹脂は生産量が多くコストが低いため、一般消費財や耐久消費財に多く使用されています。代表的な種類としては、次の5つの主要な合成樹脂があります。 ポリエチレン, ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、 ポリスチレン and ABS特殊用途樹脂とは、一般的には、機械、電子機器、自動車などの分野で金属の代替として使用されるなど、特殊な目的のために生産される樹脂を指し、生産量が少なく、生産コストが高くなります。 エンジニアリングプラスチック 特殊用途樹脂のカテゴリーに分類されます。重要なエンジニアリングプラスチックには、 ポリアミド, ポリカーボネート, ポリオキシメチレン, ポリブチレンテレフタレート、変性ポリフェニレンエーテルおよび ポリテトラフルオロエチレンもう一つの特殊用途樹脂は 　 ゴムのような弾力性を持ち、加熱することで繰り返し成形できるエラストマー。

合成樹脂は化学組成によって大きく2つに分けられます。1つは主鎖が脂肪族炭素原子のみで構成される合成樹脂で、汎用樹脂は基本的にこの分類に属します。もう1つは主鎖に炭素原子の他に酸素、窒素、硫黄などが含まれる合成樹脂で、エンジニアリングプラスチックのほとんどはヘテロ鎖ポリマーで構成されています。

合成樹脂は、工学的性質によって、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂に分けられます。その違いは、主にポリマーの化学組成と分子構造によるものです。熱可塑性樹脂の分子鎖構造は、直鎖状または分岐状です。加熱すると可塑化（または軟化、溶融）して流動し、繰り返し可塑化して成形することができます。代表的な熱可塑性樹脂には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ-1-ブテン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレンなどがあります。熱可塑性樹脂は、迅速に成形でき、繰り返し成形することができます。熱硬化性樹脂は、XNUMX次元構造を持つ高分子ポリマーです。分子鎖に多機能高分子が含まれています。硬化剤の存在下で、熱と圧力の作用により、軟化（または溶融）と凝固（または成熟）が同時に起こり、不溶性で不融性のポリマーになります。一般的な代表的な熱硬化性樹脂には、フェノールホルムアルデヒド樹脂（一般にフェノール樹脂と呼ばれる）があります。 尿素ホルムアルデヒド樹脂 （一般に尿素ホルムアルデヒド樹脂と呼ばれる）、メラミンホルムアルデヒド樹脂（一般にメラミンホルムアルデヒド樹脂と呼ばれる）、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、 ポリウレタン, etc.

調製方法

合成樹脂は、低分子原料であるモノマー（エチレン、プロピレン、塩化ビニルなど）を重合反応によって高分子に組み合わせて生成される高分子化合物です。業界で一般的に使用されている重合方法には、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、溶液重合、スラリー重合、気相重合などがあります。合成樹脂を製造するための原料は豊富な資源があります。初期の頃は主にコールタール製品とカーバイドでしたが、現在はエチレン、プロピレン、ベンゼン、ホルムアルデヒド、尿素などの石油および天然ガス製品が主流です。

塊状重合

塊状重合は、開始剤または熱、光、放射線の作用下で、他の媒体を添加せずにモノマーを重合する重合プロセスです。特徴は、製品が純粋で、複雑な分離精製が不要で、操作が簡単で、生産設備の利用率が高いことです。パイプ、プレートなどの高品質の製品を直接生産できるため、塊状重合とも呼ばれます。欠点は、重合反応が進むにつれて材料の粘度が継続的に増加し、混合と熱伝達が困難で、反応器の温度を制御するのが容易ではないことです。塊状重合は、ポリメチルアクリレート（一般にプレキシガラスと呼ばれる）、ポリスチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミドなどの樹脂の製造によく使用されます。

懸濁重合

懸濁重合とは、モノマーを機械的撹拌または振動と分散剤の作用で液滴に分散させる重合プロセスを指し、通常は水中に懸濁しているため、ビーズ重合とも呼ばれます。特徴は、反応器内の水の量が多く、材料の粘度が低く、熱伝達と制御が容易であることです。重合後は、簡単な分離、洗浄、乾燥などのプロセスで樹脂製品が得られ、成形加工に直接使用できます。製品は比較的純粋で均一です。欠点は、反応器の生産能力と製品の純度がバルク重合ほど良くなく、連続生産ができないことです。懸濁重合は業界で広く使用されています。

乳化重合

乳化重合とは、乳化剤の助けを借りて、機械的撹拌または振動下でモノマーが水中でエマルジョンを形成する重合を指します。乳化重合の生成物はラテックスであり、これを直接使用することも、ラテックスを破壊して洗浄や乾燥などの後処理手順にかけ、粉末または針状のポリマーを得ることもできます。乳化重合は、より高い反応速度でより高い分子量のポリマーを得ることができます。材料は粘度が低く、熱を伝達して混合しやすく、生産を制御しやすく、残留モノマーを除去しやすいです。乳化重合の欠点は、重合プロセス中に添加された乳化剤が製品の性能に影響を与えることです。固体ポリマーを得るために、凝固、分離、洗浄などのプロセスを通じて消費されます。反応器の生産能力は、バルク重合法よりも低くなります。

溶液重合

溶液重合は溶媒の存在下で行われます。選択された溶媒は、モノマーとポリマーの両方を溶解できなければなりません。重合プロセス中、システムは均一な粘性溶液であり、重合システムは常に均質であり、連続操作サイクルが長く、操作が簡単です。ただし、システムの粘度は比較的大きいです。その利点は、均一な反応を制御しやすく、分子量とその分布も適切に制御できることですが、溶液重合システムは粘性があり、熱と質量の移動が困難で不均一になります。

スラリー重合

スラリー重合では、溶媒またはモノマー自体を分散媒として用いる。得られたポリマーは分散媒に不溶であるが、分散媒中に粒子の形で分散し、スラリーを形成する。以前の文献では、これを不均一溶液重合に分類している。このタイプの重合は、システム粘度が低く、攪拌が容易で、放熱が容易で、モノマー濃度が高く、ユニット装置の生産性を高めることができるという特徴がある。現在、この方法は高密度ポリエチレン、ポリプロピレンなどの製造に使用されている。

気相重合

気相重合では、気相モノマーと触媒を所定量反応器に導入し、ワンステップ合成して乾燥ポリマーを得る。気相重合の前提は、触媒の選択性と収率が十分に高くなければならず、生成物は残留触媒を除去する必要がないため、プロセスを大幅に短縮できる。高活性担持ツィーグラー触媒の出現により、気相重合はポリエチレンやポリプロピレンの製造における主流となった。また、フリーラジカル機構に基づく重合にも広く応用されている。

処理方法

熱可塑性樹脂の硬化は、一般的に製品をガラス転移温度または融点以下に冷却することによって達成されますが、熱硬化性樹脂は加熱によって化学反応を起こし、ネットワーク構造を形成することによって硬化します。主な加工方法には、押し出し、 圧縮成形射出成形、ブロー成形、回転成形、反応射出成形、熱成形、発泡成形など。

歴史的発展

一部の樹木の分泌物は樹脂を形成することが多いが、琥珀は樹脂の化石である。シェラックも樹脂と見なされているが、これは樹木に生息するラック虫が分泌する堆積物である。シェラックから作られるシェラック塗料は、もともと木材防腐剤としてのみ使用されていたが、モーターの発明により、最も早く使用された絶縁塗料となった。しかし、20世紀に入ると、天然物はもはや電化のニーズを満たすことができなくなり、人々は新しい安価な代替品を探す必要に迫られた。

1872年、ドイツの化学者A.バイエルは、フェノールとホルムアルデヒドを酸性条件下で加熱すると、すぐに赤褐色の塊や粘性物質を形成できることを初めて発見しましたが、古典的な方法では精製できなかったため、実験を中止しました。 20世紀以降、フェノールはコールタールから大量に得られるようになり、ホルムアルデヒドも防腐剤として大量に生産されました。そのため、両者の反応生成物はさらに注目を集め、人々は有用な製品の開発を望みました。多くの人がこれに多大な労力を費やしましたが、期待された結果は得られませんでした。

1904年、ベークランドとその助手たちもこの研究を始めました。当初の目的は、天然樹脂に代わる絶縁ワニスを作ることでした。1907年間の努力の後、20年の夏、彼らは絶縁ワニスを作っただけでなく、本物の合成プラスチック材料、ベークライトも作りました。これはよく知られている「ベークライト」、「ベークライト」、またはフェノール樹脂です。ベークライトが登場すると、製造業者はすぐに、さまざまな電気絶縁製品だけでなく、日用品も作れることを発見しました。エジソンはそれを使ってレコードを作り、すぐに広告でベークライトで何千もの製品を作ったと発表しました。一時期、ベークランドの発明はXNUMX世紀の「錬金術」として称賛されました。

1940年以前は、石炭タールから作られるフェノール樹脂が、常に各種合成樹脂の生産量のトップを占め、年間200,000万トン以上に達していました。しかし、石油化学産業の発展に伴い、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレンなどの高分子合成樹脂の生産も拡大し、年間100,000万トン以上の生産量を誇る大規模工場が数多く設立され、現在では生産量が最も多いXNUMX種類の合成樹脂となっています。

今日では、合成樹脂は添加剤と混合され、 プラスチック製品 さまざまな成形方法により、プラスチックは数十種類あり、世界の年間生産量は約120億5万トン、中国ではXNUMX万トンを超え、生産、生活、国防建設の基礎材料となっています。

中国の現状

中国の合成樹脂産業は、国産触媒、プロセス、設備の開発において目覚ましい成果を上げているが、海外の先進レベルと比較すると、中国の合成樹脂産業には依然として一定の格差がある。新設された大規模合成樹脂工場の多くは依然として輸入技術に依存しており、一部の工場では高級製品を生産するために外国の触媒を購入しなければならない。中国の高級製品の中には、温室用フィルム用の樹脂グレードが不足し、生産量が少なく、機能性温室用フィルムの生産ニーズを満たすにはほど遠いなど、数量面で市場の需要を満たすことができないものもある。輸入原材料が約50％を占めている。国産PP-Rパイプ材料と輸入材料の間には依然として一定の格差があり、品質の改善と向上が必要である。

世界の合成樹脂業界は、中東の低価格製品との競争に直面しています。この競争に対応するため、世界の主要な樹脂生産会社は、低コストの原材料を求めて中東地域に資産を割り当て、世界クラスの大規模生産施設を建設し、規模の経済を十分に活用し、より先進的な触媒、プロセス技術、コンピューター制御、最適化、管理ソリューションを採用しています。樹脂業界の競争は熾烈です。このような状況で、中国の樹脂業界は、自主的な革新能力をさらに強化し、輸入技術をよりよく消化・吸収し、中東の施設では生産できないハイエンド製品をより多く生産し、生産コストの削減に全力を尽くして、中東、近隣諸国、大手多国籍企業からの合成樹脂製品の競争に対処する必要があります。

開発の見通し

世界経済情勢の変化、米国のエネルギー構造の大幅な調整、中国の経済成長モデルの変化に伴い、省エネと環境保護の観点から、化学品市場の競争環境の変化と需要の向上が業界に大きな変化をもたらすでしょう。

上流の合成樹脂装置の原料の観点から見ると、製品の競争力を高めるために、より多様化、軽量化される傾向にあります。需要側から見ると、合成樹脂製品にはグリーン、機能性、差別化の要求が提示されています。貿易の観点から見ると、米国のシェールガスが化学産業にもたらした低コストの優位性により、今後は中国への輸出が増加するでしょう。中国の競争環境の観点から見ると、石炭化学産業、プロパンの脱水素からプロピレン、メタノールからオレフィンは、いずれも伝統的な石油化学産業に大きな挑戦をもたらすでしょう。短期的には、中国の合成樹脂の生産能力は大幅に増加しましたが、需要は引き続き低迷しており、今後2〜3年間、合成樹脂は依然として薄利の時期にあります。

厳しい市場に直面して、中国の合成樹脂は技術革新の道を歩まなければなりません。中国の合成樹脂企業は、まず自社製品の技術内容を向上させ、ハイテクの壁を突破し、ユーザーを囲い込む必要があります。第二に、自社製品の技術サービスとアフターサービスを強化し、ユーザーが適切な購入コストを前提に最高の価格性能比を得られるようにします。第三に、製品の品質を向上させる必要があります。企業は競争力のあるユーザーを訪問し、製品をカスタマイズし、相手の要求に応じて品質管理を強化し、認証などを増やし、ハイエンドの顧客を囲い込むことができます。